Работающий на сжатом воздухе двигатель с включенной активной камерой и с активным распределением впуска - заявка 2016145407 на патент на изобретение в РФ

1. Двигатель с активной камерой, работающий в соответствии с трехфазным термодинамическим циклом, включающем:
- фазу изобарного и изотермического переноса;
- фазу политропного расширения с выполнением работы;
- фазу выхлопа с окружающим давлением;
при этом двигатель включает:
- по меньшей мере один цилиндр (1), питаемый газом под давлением, предпочтительно сжатым воздухом, содержащимся в баке (12) хранения высокого давления,
- по меньшей мере один поршень (2), который установлен с возможностью скольжения в цилиндре (1),
- коленчатый вал (5), приводимый в действие поршнем с помощью обычного устройства (3, 4) с соединительным штоком и кривошипом,
- головку (6) цилиндра, которая закрывает объем цилиндра (1) сверху, в котором движется поршень, и которая включает по меньшей мере один впускной канал (8), через который проходит поток газа под давлением для заполнения цилиндра, впускное отверстие (7) для газа под давлением над поршнем, и по меньшей мере одно выпускное отверстие и один выпускной канал, при этом головка цилиндра расположена так, что когда поршень (2) находится в своей верхней мертвой точке, остаточный объем, содержащийся между поршнем (2) и головкой (6) цилиндра, уменьшается за счет конструкции до минимальной щели, обеспечивающей возможность работы без контакта между поршнем (2) и головкой (6) цилиндра,
- по меньшей мере один впускной клапан (9), который герметично взаимодействует с клапанным седлом (20), образованным в головке (6) цилиндра, и которое задает впускное отверстие (7),
при этом в двигателе:
- объем цилиндра (1), проходимый поршнем (2), разделен на две отдельные части, первую часть, образующую активную камеру (СА), которая включена в цилиндр (1), и вторую часть, образующую камеру (CD) расширения,
- под непрерывным воздействием газа под давлением, впускаемым в цилиндр при постоянном рабочем давлении, объем активной камеры (СА) увеличивается и выполняет работу, представляющую фазу изобарного и изотермического переноса,
- подача газа под давлением в цилиндр (1) блокируется, как только достигается максимальный объем активной камеры (СА), затем количество газа под давлением, содержащегося в указанной активной камере (СА), расширяется и толкает назад поршень (2) по второй части его движения, которая задает камеру (CD) расширения, и выполняет работу с обеспечением тем самым фазы политропного расширения,
- при достижении поршнем (2) своей нижней мертвой точки, выпускное отверстие (7) открывается для обеспечения фазы выпуска во время хода вверх поршня по всему пути прохождения до его верхней мертвой точки,
- управление крутящим моментом и скоростью двигателя осуществляется посредством открывания и закрывания впускного клапана с обеспечением открывания впускного клапана (9) по существу в верхней мертвой точке движения поршня, и с обеспечением возможности, посредством закрывания клапана (9), изменения длительности впуска и/или углового сектора, а также проходного поперечного сечения впускного отверстия с целью, в зависимости от давления сжатого газа, содержащегося в баке (12) хранения, и давления в конце фазы расширения, задания количества впускаемого газа под давлением и объема активной камеры (СА),
отличающийся тем, что
а) впускной клапан (9) установлен с возможностью осевого перемещения между нижним закрытым положением, в котором он с герметизацией опирается на свое клапанное седло (20), и верхним открытым положением,
b) в направлении своего открывания впускной клапан (9) движется в осевом направлении, противоположном направлению прохождения потока газа под давлением для заполнения цилиндра (1),
с) в своем закрытом положении впускной клапан (9) остается закрытым автоклавным образом на своем клапанном седле с помощью давления во впускном канале (8), прикладываемого к впускному клапану,
d) двигатель включает средства для управления открыванием впускного клапана (9) по существу в верхней мертвой точке движения поршня для вызывания подъема впускного клапана (9) с его седла, с целью обеспечения возможности создания впускного давления в активной камере (СА), при этом клапан проходит свой полный путь движения открывания под действием вызванных разницей давления сил, прикладываемых газом под давлением к соответствующим частям впускного клапана,
е) двигатель включает пневматический исполнительный механизм для закрывания впускного клапана (9), который включает исполнительный цилиндр (100) и закрывающий поршень (102), который соединен с впускным клапаном для осевого перемещения вместе с ним и который установлен с возможностью скольжения в исполнительном цилиндре (100), внутри которого он задает с герметизацией управляющую камеру исполнительного механизма, называемую закрывающей камерой (104),
f) двигатель включает по меньшей мере один канал, который соединяет выпускной канал (8) с источником газа под давлением, т.е. с верхней частью активной камеры (СА) цилиндра или с впускным каналом (8) или с баком для газа под давлением,
g) двигатель включает канал (Х1) активного распределения, который соединяет указанную закрывающую камеру (104) с верхней частью активной камеры (СА), и клапан (Y) для блокирования циркуляции газа в канале (Х1) активного распределения, называемый клапаном (Y) активного распределения, управление открыванием которого осуществляется для создания соединения закрывающей камеры (104) с верхней частью активной камеры (СА), для закрывания впускного канала (8) и для выполнения работы, которая дополняется к работе, выполняемой зарядом газа под давлением, впускаемого в активную камеру через впускной канал.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что управление клапаном (Y) активного распределения осуществляется в соответствии со следующим циклом:
i) открывание клапана активного распределения для соединения закрывающей камеры (104) с активной камерой (СА) для вызывания закрывания впускного клапана (9), и затем, во время фазы расширения, для обеспечения возможности расширения сжатого газа, содержащегося в закрывающей камере, в камеру (CD) расширения цилиндра, с выполнением работы, которая дополняется к работе, выполняемой зарядом газа под давлением, впускаемым в активную камеру через впускной канал;
ii) в конце фазы расширения, закрывание клапана (Y) активного распределения для сохранения внутри закрывающей камеры (104) давления расширенного газа, величина которого близка к величине атмосферного давления.
3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что указанные средства (d) для управления открыванием впускного клапана (9) включают:
d1) указанный канал (Х2), который соединяет верхнюю часть активной камеры (СА) с впускным каналом (8) или с баком (12) газа под давлением, и который затем служит в качестве канала для управляемого открывания впускного канала,
d2) управляемый клапан (Z) для блокирования циркуляции газа в канале (Х2) для управления открыванием, называемый открывающим клапаном (Z).
4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что управление указанным управляющим открыванием клапаном (Z) осуществляется в соответствии со следующим циклом:
k1) в конце фазы выпуска, когда поршень (2) находится по существу в верхней мертвой точке движения, открывание указанного клапана (Z) для обеспечения возможности создания в активной камере (СА) давления, идентичного давлению во впускном канале (8), и вызывания подъема впускного клапана (9) со своего седла (20);
k2) прохождение затем впускного клапана (9) по всему пути открывания под действием вызываемых разницей давления сил, прикладываемых газом под давлением к соответствующим частям впускного клапана (9);
k3) закрывание указанного клапана (Z), как только открывается впускной клапан (9).
5. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что он включает канал (Х3), который соединяет указанную закрывающую камеру (104) с впускным каналом и/или с баком (12) газа под давлением, и клапан (Т) для блокирования циркуляции газа в этом канале (Х3), управление открыванием, а затем закрыванием которого выполняется так, что впускной канал закрывается перед соединением закрывающей камеры (104) с объемом цилиндра (1), в котором перемещается поршень (2).
6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанные средства (d) для управления открыванием впускного клапана (9) включают палец (10), выступающий с верхней торцевой поверхности поршня (2), который во время окончания движения поршня (2) в направлении его верхней мертвой точки, воздействует через впускное отверстие на обращенную к нему торцевую поверхность (22) впускного клапана (9) для подъема его со своего седла (20).
7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что управление клапаном (Y) активного распределения осуществляется в соответствии со следующим циклом:
j) открывание клапана (Y) активного распределения для соединения закрывающей камеры (104) с активной камерой (СА), для соединения закрывающей камеры (104) с камерой (CD) расширения цилиндра, с целью обеспечения возможности расширения сжатого газа, содержащегося в закрывающей камере (104), в камеру (CD) расширения цилиндра, с выполнением работы, которая добавляется к работе, выполняемой зарядом газа под давлением, впускаемого перед этим в активную камеру;
jj) в конце фазы расширения закрывание снова клапана (Y) активного распределения для сохранения внутри закрывающей камеры давления, величина которого близка величине атмосферного давления.
8. Двигатель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что верхнее положение максимального открывания впускного клапана (9) задано с помощью регулируемого стопора (30), управление осевым положением которого в направлении движения впускного клапана (9) осуществляется так, что изменяется скорость потока газа под давлением, впускаемого в цилиндр (1) через впускной канал.
Наверх